En el partido inaugural, el 11 de junio, Chile superó a Ecuador por 2:0, con goles de Arturo Vidal, mediante lanzamiento penal en el segundo tiempo, y Eduardo Vargas, a 6 minutos del final. En su segundo partido, derrotó a Bolivia por 2:1 con goles de Arturo Vidal. En el segundo tiempo, Chile anotó por la vía penal dando vuelta el partido, minutos después México volvió a empatar. En los cuartos de final en Santa Clara, Chile goleó a México por 7:0 -el mejor resultado en la historia de la selección, igualando su actuación en la Copa América 1979, cuando derrotó a Venezuela por idéntico marcador-. Con este resultado, Chile derrotó por 4:1 a Argentina mediante definición a penales, y se adjudicó así su primera Copa América, la primera copa internacional en su historia. Por primera vez la selección chilena terminó invicta en una Copa América, y ganó una definición a penales en dicho campeonato y en el historial de partidos «clase A». En la semifinal en Chicago, Chile enfrentó a Colombia con la ausencia de Arturo Vidal por acumulación de tarjetas amarillas; en su reemplazo entró Pedro Pablo Hernández, quien salió lesionado en la primera parte del partido y fue reemplazado a su vez por Erick Pulgar.

Chile comenzó; el tiro de Arturo Vidal fue atajado por Sergio Romero. Charles Aránguiz adelantó el tercer penal para Chile, y el tiro de Éver Banega fue atajado por Claudio Bravo. Jean Beausejour anotó el tercer penal para Chile, y el tiro de Lucas Biglia fue atajado por Claudio Bravo. Arqueros: 1 Claudio Bravo , 12 (Cristopher Toselli), 23 (Johnny Herrera). En el último partido de la fase de grupos, Chile goleó a Bolivia por 5:0, con goles de Charles Aránguiz (2), Alexis Sánchez y Gary Medel; el último gol del partido fue un autogol de Ronald Raldes. Los goles de la selección fueron anotados por Alexis Sánchez (1), Edson Puch (2) y Eduardo Vargas (4), quien se erigió como la figura del encuentro. En el último partido de la fase de grupos, Chile ganó a Panamá por 4:2, con dobletes de Eduardo Vargas y Alexis Sánchez. Alexis Sánchez fue elegido el mejor jugador del torneo. En el último penal, Alexis Sánchez marcó un penalti a lo Panenka.

En el último penal, Francisco Silva anotó el penal definitivo para Chile. Charles Aránguiz adelantó a Chile en el marcador al anotar su penal, y Sergio Agüero anotó y volvió a empatar la definición. A los 80 minutos, Mauricio Isla abrió el marcador a favor de Chile. Chile integró el grupo D, junto con Argentina, Bolivia y Panamá. 846 10 de junio de 2025 El Alto Bolivia -:- Chile Clasif. En la semifinal, Chile enfrentó a Perú -que venía de ganar a Bolivia por 3:1 en los cuartos de final-, al que derrotó por 2:1. Eduardo Vargas fue la figura del partido al anotar dos goles -el primero a los 43 minutos del primer tiempo y el segundo, a los 63 minutos del segundo tiempo; el descuento para Perú fue un autogol de Gary Medel, quien anotó el empate a los 60 minutos-. En los cuartos de final, Chile derrotó al campeón vigente entonces, Uruguay por 1:0 -que había clasificado como el mejor tercero del campeonato-. Al finalizar el partido, Chile accedió a una final de Copa América después de 28 años -la anterior había sido en 1987, cuando cayó ante Uruguay por 0:1 en la final-. Chile disputó la Copa América Centenario 2016 en condición de campeón vigente de América.

En última instancia, se debió recurrir a una tanda de penales para definir al campeón de la Copa América 2015. Chile comenzó; Matías Fernández anotó, y Lionel Messi igualó para Argentina. Mediocampistas: 5 Francisco Silva, 6 (José Pedro Fuenzalida), 8 Arturo Vidal, 10 Jorge Valdivia, 14 Matías Fernández, 15 Jean Beausejour, 16 David Pizarro, 19 Felipe Gutiérrez, 20 Charles Aránguiz, 21 Marcelo Díaz. Arturo Vidal anotó el segundo penal para Chile, mientras que Gonzalo Higuaín falló el segundo penal de Argentina al lanzarlo por sobre el travesaño. Nicolás Castillo anotó el primer penal para Chile, mientras que Javier Mascherano hizo lo mismo para Argentina. 845 5 de junio de 2025 Santiago Chile -:- Argentina Clasif. 843 20 de marzo de 2025 Asunción Paraguay 1:0 (0:0) Chile Clasif. 847 4 de septiembre de 2025 Por definir Brasil -:- Chile Clasif. 844 25 de marzo de 2025 Santiago Chile 0:0 Ecuador Clasif. Artículos principales: Anexo:Partidos de la selección de fútbol de Chile y Anexo:Partidos no oficiales de la selección de fútbol de Chile. Artículos principales: Chile en la Copa Mundial de Fútbol y Anexo:Goleadores chilenos de la Copa Mundial de Fútbol. Chile fue el segundo equipo más goleador (16 tantos) por detrás de Argentina (18). Por segunda vez consecutiva, Eduardo Vargas fue el goleador del campeonato (6 anotaciones) y Claudio Bravo fue elegido el mejor portero del campeonato.